等离子体辅助的直接CO2捕获和活化制造技术

本发明专利技术涉及一种用于CO2捕获和CO生产的方法。本发明专利技术还涉及一种用于CO2捕获和CO生产的装置。本发明专利技术的一个目的是提供一种用于捕获CO2并将其转化为CO的可持续过程。本发明专利技术的另一个目的是提供一种用于通过CO2的捕获和转化直接生产有价值化学品的方法。直接生产有价值化学品的方法。直接生产有价值化学品的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体辅助的直接CO2捕获和活化
[0001]本专利技术涉及一种用于CO2捕获和CO生产的方法。本专利技术还涉及一种用于CO2捕获和CO生产的装置。


[0002]温室气体(GHG)排放的增加已经导致全球气候变化，并且对生态系统造成了毁灭性的影响。作为主要GHG的CO2贡献了总年度排放量的大约55％。CO2的大气浓度在过去的一个世纪内一直快速升高，并且在2018年达到了408.5ppm的新峰值。为了解决此问题，全球的政府和组织已经制定了各种政策和法规来减少碳排放。另一方面，对于用于碳捕获和利用的创新性技术的研究和开发已受到越来越多的关注。在过去十年，将CO2转化为燃料或增值的化学品成为一个热门话题，因为其不仅回应了气候变化的迫切需求，而且利用废CO2作为碳源。另外，其作为一种可能的用于能量储存的解决方案。通过经过由可再生能源驱动的反应由回收利用的CO2生产作为能量载体的化学品，可以形成碳中和燃料。这与“电转气”的构思相符，其在未来能源系统中可以起到重要的作用。
[0003]由于强的双键，CO2分子非常稳定，并且需要大量能量来进行解离。常规方式通常通过高的温度和压力来实现，导致诸如低能量效率、高运行和维护成本之类的缺点。这激发研究人员探索诸如电化学、太阳能化学和生物化学转化之类的替代方法。
[0004]近年来，对通过等离子体、尤其是非热等离子体技术的CO2转化有越来越多的关注。等离子体中的高能电子能够通过电离、激发和解离来活化分子，使得在温和条件下发生热力学不利的反应。可以通过等离子体进行不同的反应以用于CO2的转化，例如，裂解、氢化(CO2+H2)、干式甲烷重整(CO2+CH4)和人工光合作用(CO2+H2O)。
[0005]对于捕获CO2，变压吸附(PSA)和变温吸附(TSA)是吸附技术中常用的方法，并且吸附剂的再生通过调节温度和压力来完成。
[0006]本专利技术的一个目的是提供一种用于捕获CO2并将其转化为CO的可持续过程。
[0007]本专利技术的另一个目的是提供一种用于通过CO2的捕获和转化直接生产有价值化学品的方法。

技术实现思路

[0008]因此，本专利技术涉及一种用于CO2捕获和CO生产的方法，所述方法包括：
[0009]i)提供含CO2气流；
[0010]ii)将所述含CO2气流中的CO2吸附到吸附剂上；
[0011]iii)在吸附了CO2的吸附剂上施加等离子体条件以使得CO2从所述吸附了CO2的吸附剂脱附并且转化为CO；
[0012]iv)从步骤iii)的气流收集CO。
[0013]此构思的关键在于CO2在等离子体反应器内的一步吸附和转化。
[0014]在一个示例中，再次对步骤iii)的所述气流进行步骤ii)以吸附未反应的CO2。脱附的温度可以在室温和300℃之间进行调整。
[0015]在一个示例中，在步骤i)中使用空气作为含CO2气流。
[0016]在一个示例中，步骤ii)和iii)并联地进行以进行CO2的连续捕获和转化。
[0017]在另一个示例中，步骤ii)和iii)串联地进行，以进行CO2的捕获和转化以及未反应的CO2的回收利用。
[0018]在一个示例中，步骤iii)在H2的存在下进行以用于合成气的生产，其中H2与CO之间的比率优选地在1∶1至6∶1的范围内。
[0019]在一个示例中，由电解生产H2。
[0020]在一个示例中，所施加的等离子体条件包括50kHz
‑
1MHz的频率和10W
‑
2kW的放电功率。
[0021]在一个示例中，所述吸附剂选自以下各项的组：水滑石、沸石、活性炭、固体负载的胺、固体负载的金属有机骨架或其任意组合。
[0022]在一个示例中，所述吸附剂的形状选自团粒、球体和3D打印结构的组，以优化等离子体放电和吸附容量并且使压降最小化。
[0023]本专利技术还涉及一种用于CO2捕获和CO生产的装置，所述装置包括并联连接的至少两个反应器，其中至少一个反应器被配置用于将含CO2气流中的CO2吸附到吸附剂上，并且至少一个反应器被配置用于使CO2从吸附了CO2的吸附剂脱附并且转化为CO，其中所述至少两个反应器包括用于施加等离子体条件的装置。
[0024]本专利技术还涉及一种用于CO2捕获和CO生产的装置，所述装置包括串联连接的至少两个反应器，其中至少一个反应器被配置用于将含CO2气流中的CO2吸附到吸附剂上，并且至少一个反应器被配置用于使CO2从吸附了CO2的吸附剂脱附并且转化为CO，其中所述至少两个反应器包括用于施加等离子体条件的装置。
[0025]本专利技术还涉及等离子体基CO2解离用于合成气生产的用途。
[0026]本专利技术还涉及如以上讨论所生产的合成气用于生产烃的用途。
[0027]因此，本专利技术人开发了一种用于CO2捕获和利用的非热等离子体基方法。使用固体吸附剂和非热等离子体的组合，吸附的CO2可以在同一步骤中通过等离子体脱附，并且被转化为CO。可以将两个不同的过程即CO2捕获和利用合并到一个单元中，由此降低过程复杂度，并且节约CO2处理的成本。
[0028]现在将参照以下非限制性实施例来进一步描述本专利技术。
[0029]应理解，本文中所述公开的具体实施方案的各个方面和实施方案是对完成和使用本专利技术的具体方式的举例说明，并且在与权利要求和具体实施方案一起考虑时不限制本专利技术的范围。还要理解的是，来自本专利技术的不同的方面和实施方案的特征可以与来自本专利技术的不同的方面和实施方案的特征组合。
具体实施方式
[0030]此处将提供对等离子体诱导的CO2的脱附和裂解的实验研究。
附图说明
[0031]图1示出了实验装置的示意图。
[0032]图2示出了一种填充有固体吸附剂的DBD等离子体反应器。
[0033]图3示出了(a)反应器的气体出口中的CO2的浓度；(b)在吸附测试期间作为时间的函数的出口气体中的CO2的体积流量差。
[0034]图4示出了(a)反应器的气体出口中的CO2浓度；(b)在脱附测试期间作为时间的函数的出口气体中的CO2的体积流量差。
[0035]图5示出了在通过等离子体处理新制水滑石样品的情况下的CO2浓度。
[0036]图6示出了通过将等离子体打开和关闭所影响的CO2浓度。
[0037]图7示出了作为时间的函数的在等离子体暴露期间的CO的浓度。
[0038]图8示出了作为时间的函数的CO的选择性。
[0039]图9示出了在水滑石的情况下的基于等离子体脱附的CO2裂解的反应路径。
[0040]图10示出了用于通过(A)合成气生产、(B)含氧化合物和烃的直接生产的“电转气/液”的等离子体基CO2捕获和转化。
[0041]图11示出了与GTCC发电厂整合的等离子体工艺的能量需求。
[0042]图12示出了并联的反应器的周期性运行。
[0043]图13示出了单个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于CO2捕获和CO生产的方法，所述方法包括：i)提供含CO2气流；ii)将所述含CO2气流中的CO2吸附到吸附剂上；iii)在吸附了CO2的吸附剂上施加等离子体条件以使得CO2从所述吸附了CO2的吸附剂脱附并且转化为CO；iv)从步骤iii)的气流中收集CO。2.根据权利要求1所述的方法，其中再次对步骤iii)的所述气流进行步骤ii)以吸附未反应的CO2。3.根据前述权利要求中任何一项或多项所述的方法，其中在步骤i)中，使用空气作为含CO2气流。4.根据前述权利要求中任何一项或多项所述的方法，其中步骤ii)和iii)并联地进行以进行CO2的连续捕获和转化。5.根据权利要求1
‑
4中任何一项或多项所述的方法，其中步骤ii)和iii)串联地进行，以进行CO2的捕获和转化和未反应的CO2的回收利用。6.根据权利要求1
‑
5中任何一项或多项所述的方法，其中步骤iii)在H2的存在下进行，以用于合成气的生产。7.根据权利要求6所述的方法，其中H2与CO之间的比率在1∶1至6∶1的范围内。8.根据权利要求6
‑
7中任何一项或多项所述的方法，其中由电解生产H2。9.根据前述权利要求中任何一项或多项所述的方法，其中所施加的等离子体条件包括50kHz<...

【专利技术属性】
技术研发人员：福斯托，
申请(专利权)人：埃因霍芬理工大学，
类型：发明
国别省市：